في قطاع الإلكترونيات اليوم، أصبحت اللوحات المطبوعة (PCB) أصغر وأسرع وأكثر تعقيدًا، ما يفرض كثافة توصيل أعلى وموثوقية أعظم بين الطبقات. لتحقيق ذلك برزت تقنية التوصيل عالي الكثافة (HDI) كركيزة أساسية في تصميم وتصنيع اللوحات المتقدمة. ومن أهم مُمكّنات أداء HDI: الفتحات العمياء والمدفونة ومواد الميكروفيا، إذ تُمكّن المهندسين من حشد مزيد من التوصيلات في مساحة محدودة دون التضحية بالموثوقية.
زيادة كثافة التوصيل باستخدام الفتحات العمياء والمدفونة
في الألواح متعددة الطبقات التقليدية تمر الفتحات النافذة عبر جميع الطبقات، فتستهلك مساحات توجيه ثمينة وتقلل مرونة التصميم.
تتغلب HDI على هذا القيد عبر:
- الفتحات العمياء (Blind Vias): تربط الطبقات الخارجية بطبقات داخلية محددة، وتُرى من خارج اللوحة لكنها لا تخترق اللوحة بالكامل.
- الفتحات المدفونة (Buried Vias): تربط طبقات داخلية فقط ولا تُرى من الخارج.
باستبدال الفتحات النافذة الكاملة بفتحات انتقائية بين الطبقات، تبقى طبقات داخلية غير مستخدمة متاحة لمزيد من التوجيه، مما يزيد كثافة الدارات—وهو سِمة جوهرية في تصميم لوحات HDI.
الميكروفيا: أساس تصميم التوصيل عالي الكثافة
يهدف تصميم HDI إلى تحقيق أعلى كثافة توصيل لكل وحدة مساحة.
ويُنجز ذلك أساسًا عبر تصغير أقطار الفتحات لتصبح ميكروفيا (Microvias) بأقطار عادةً أقل من 100 ميكرومتر.
تربط الميكروفيا طبقات متجاورة (مثل 1–2 أو n–n-1)، ما يسمح بعوازل أرق ومسارات أقصر، وينتج عنه تكامل إشارة أفضل وتداخل أقل وأداء ترددي عالٍ—وهو ضروري لتطبيقات 5G والذكاء الاصطناعي والحوسبة العالية السرعة.
تقنيات متقدمة لتشكيل الميكروفيا
يتطلب تصنيع الفتحات العمياء والمدفونة والميكروفيا تقنيات متخصصة؛ الأكثر شيوعًا:
1. الحفر بالليزر
- الطريقة الأوثق والأكثر اعتمادًا للميكروفيا.
- يزيل الراتنج بسرعة ويمكنه اختراق أجزاء من نسيج الألياف الزجاجية.
- ينتج جدران فتحات نظيفة مناسبة لوصلات HDI الدقيقة.
2. النقش بالبلازما
- فعّال في إزالة الراتنج لكنه أقل فاعلية مع الألياف الزجاجية.
- أدى ذلك لتطوير مواد تقوية بديلة تسهّل عملية النقش بدقة أعلى.
3. الفتحات المُعرَّفة ضوئيًا (Photo-Vias)
- تُشكَّل داخل عازل ضوئي الحساسية عبر التعريض والتحميض.
- متوافقة مع الطلاء الكهربائي والضغط الطبقي لعمليات الربط الانتقائي.
ورغم تعدد الخيارات يبقى الحفر بالليزر معيار الصناعة لسرعته ودقته وقابليته للإنتاجية العالية.
المواد المستخدمة لبناء الفتحات العمياء والمدفونة
1) النحاس المطلي بالراتنج (RCC)
يُستخدم RCC على نطاق واسع في تكديسات HDI لتكوين طبقة ربط بين رقائق النحاس والعازل، وهو ملائم خصوصًا للفتحات العمياء المحفورة بالليزر. التطبيقات النموذجية تشمل:
- ربط الطبقات 1–2 أو n–n-1؛
- تشكيل الفتحات العمياء بالحفر بالليزر أو النقش بالبلازما؛
- طلاء الفتحات لضمان توصيل معدني متين.
يوجد نوعان أساسيان وفق بنية الراتنج:
(أ) RCC بطبقة راتنج واحدة
- يحتوي على طبقة راتنج نصف معالجة (B-Stage) تُضغط ضمن الرُزمة متعددة الطبقات.
- بسيط وفعّال لعمليات HDI القياسية.
(ب) RCC ثنائي الراتنج
- يجمع بين طبقة راتنج مُعالجة كليًا (C-Stage) وأخرى نصف معالجة (B-Stage).
- تتيح الطبقة المُعالجة ضبط المسافة الكهربائية بدقة بين الطبقات الداخلية والخارجية.
- تضمن أدنى سُمك عازل موثوق وتحسّن اتساق الخصائص الكهربائية عبر الطبقات.
مواد تقوية بديلة لتصنيع HDI
نظرًا لصعوبة نقش/حفر الألياف الزجاجية، طوّر القطاع مواد تقوية عضوية تُحسّن قابلية التصنيع:
1) ألياف الأراميد (بولي أميد عطري)
- ألياف عضوية موزّعة عشوائيًا يمكن إزالتها بالليزر أو بالبلازما.
- بعد تشريبها بالراتنج تُشكّل رقائق أو بريبرِج (Prepreg) مناسبة لألواح متعددة عالية الكثافة.
- تُستخدم غالبًا في لوحات الأداء العالي نظرًا لتكلفتها.
- تتوافر بسُمكات عدة عند محتوى راتنج ~50% لتلبية تباعدات الطبقات.
2) الـ PTFE الممدّد (ePTFE)
- مادة ميكرو-مسامية إسفنجية تُستخدم كبريبرج وطبقات ربط في HDI.
- تمتاز بثابت عزل منخفض جدًا (Dk) وعامل فقد صغير (Df).
- مثالية للترددات العالية ونقل الإشارات السريعة، وتساعد على تحقيق الأداء الكهربائي مع الحفاظ على الكثافة.
عوازل مُعرَّفة ضوئيًا لتشكيل الميكروفيا
نهج ثالث يعتمد عوازل ضوئية دائمة—طبقات بوليمرية حساسة للضوء تُعرَّض وتُظهَّر مثل فوتورزست:
- حساسية ضوئية لتحديد الفتحات انتقائيًا؛
- قابلية تحفيز لبدء الطلاء المعدني لاحقًا؛
- التصاق قوي بالطبقات المجاورة لضمان موثوقية طويلة تحت الإجهاد الحراري والميكانيكي.
يصل هذا النهج ما بين الحفر التقليدي والفوتوليثوغرافي المتقدم، فاتحًا الطريق نحو أسلاك دقيقة الجهد للجيل التالي من لوحات HDI.
الخلاصة
مع تقلص المنتجات الإلكترونية وارتفاع سرعتها وتعقيدها، أصبحت تقنيات HDI والميكروفيا ضرورية في تصنيع اللوحات الحديثة. وبالاستفادة من الفتحات العمياء/المدفونة، وعمليات الميكروفيا، ومواد التقوية المتقدمة، يمكن للمهندسين تحقيق:
- كثافة توصيل أعلى ومرونة أفضل في التوجيه؛
- مسارات أقصر وأداء ترددي فائق؛
- تقليل عدد الطبقات دون المساس بالموثوقية؛
- قابلية تصنيع محسّنة للأنظمة الإلكترونية المتقدمة.
ومع استمرار الابتكار في دقة الحفر بالليزر والمواد منخفضة Dk والعوازل المُعرَّفة ضوئيًا، ستزداد حرية التصميم وأداء لوحات HDI—ممهّدةً السبيل لأجهزة أكثر صغرًا وقدرةً وكفاءة.
بصفتها شركة تصنيع لوحات مطبوعة وخدمة تسليم عاجل، تواصل FastTurnPCB الاستثمار في البحث والتطوير لتقنيات HDI والميكروفيا، لتقديم حلول لوحات دقيقة وموثوقة عالية الجودة لعملائها حول العالم.
